第四章神经营养因子.ppt

第四章神经营养因子 掌握要点 1 神经生长因子家族的组成和受体类型2 NGF的主要生物学效应 2 神经营养因子的发现 1934年 Hamburger在鸡胚芽上发现受神经支配的外周组织对神经中枢的发生有调节作用 1948年 Buerker发现向3日龄鸡胚植入小鼠肉瘤S 180 使鸡胚脊神经节和交感神经节明显增大 1952年 Levi Montalcini用鸡胚背根节组织培养技术建立了检测促进神经发育的生长因子活性的方法 1960年Cohen从蛇毒和小鼠颌下腺中分离纯化出该物质 并命名为神经生长因子 nervegrowthfactor NGF 20世纪80年代末期 相继发现一系列神经营养因子 脑源性神经营养因子 brain derivedneurotrophicfactor BDNF 神经营养素 3 4 5和 6 neurotrophin 3 4 5 6 NT 3 NT 4 5 NT 6 3 4 1934 VictorHamburgerdiscoveredthatremovalofalimbbudresultedinreducednumbersofsensoryandmotorneuronsinthespinalcord 1939 VictorHamburgershowedthattransplantationofasupernumerarylimbresultedinincreasednumbersofsensoryandmotorneuronsinthespinalcord Eight day oldsensorygangliafromchickembryos a Theganglion whichfacesafragmentofchickembryonictissue ct showsfibroblastsbutfewnervefibers b Ganglionculturedinthepresenceoffragmentsofmousesarcomafor24h c Ganglionculturedinthepresenceoffragmentsofmousesarcomafor48h In b and c theganglia facingfragmentsofsarcoma s showthetypical halo effectelicitedbythegrowthfactorreleasedfromthesarcoma In c notethefirstevidenceofaneurotropiceffectofthegrowthfactor 5 halo effect 神经营养因子的作用 1 一种神经营养因子作用于一种神经细胞产生多种效应 促进神经元的存活促进神经元轴突的发生 分支和延伸影响神经肽和神经纤维蛋白的合成 6 营养因子理论 trophicfactortheory 神经元的生长必须有来自靶组织的神经营养因子逆向专一的作用于支配神经元 2 一种神经营养因子影响不同类型的神经细胞 神经生长因子 背根神经节神经元 海马胆碱能神经元睫状神经营养因子 睫状神经节神经元 背根神经节神经元 交感神经节神经元 运动神经元和黑质多巴胺能神经元神经营养因子对不同类型神经细胞的识别统一于这些神经细胞上特定神经营养因子受体的存在 7 3 神经营养因子不仅来源于靶细胞 靶源性 逆行转运 也来源于传入神经元及神经鞘细胞 旁分泌 甚至来源于支配神经元本身 自分泌 4 不同的神经营养因子可以结合同一受体或受体亚基 Trk受体 NGF BDNF NT 3和NT 4 5不同营养因子共用一种受体或一种受体亚基 体现了同一类神经营养因子作用相似性的本质 8 9 神经营养因子的分泌方式 表4 1神经营养因子的分类 10 11 12 一 神经生长因子 1952年意大利科学家Levi Montalcini发现了NGF 1960年美国科学家Cohen提取纯化NGF 证明其生物活性 1970年Cohen证明NGF是个复合蛋白 1984年NGF的研究重点从周围神经系统拓展到中枢神经系统 乃至非神经系统 1986年Montalcini和Cohen因对NGF研究的杰出而荣获诺贝尔生理医学奖 13 第一节神经生长因子基因家族 14 Stanleycohen RitaLeviMontalcini Photomicrographsofsensorygangliaremovedfromaneight day oldchickembryoandculturedfor24hat37 C Gangliawerecultured a inamediumcontainingnonervegrowthfactor NGF and b inamediumcontaining10ngml 1ofNGF 神经生长因子基因家族 NGF BDNF NT 3和NT 4 5基因都位于1号染色体短臂近端 活性形式均为二聚体 单体分子量14kD左右 氨基酸序列相似 受体 高亲和力受体 TrkA NGFTrkB BDNF和NT 4 5TrkC NT 3低亲和力受体 p75NTR蛋白 15 16 一 基因和分子结构 NGF基因 mRNA 前体蛋白前体蛋白有两种 长 7SNGF 2 2三种亚基组成的复合体 短 2 5SNGF 亚单位 两个肽链 每个肽链118aa 组成的二聚体 分子量26kD 17 18 Three dimensionalrepresentationofNGF A theNGFdimerwitheachsubunitcoloreddifferentlyforclarity B thetertiaryfoldfortheNGFsubunit Thethreedisulfidebridgesaredrawnaswhitestickswithgreenindicatingthesulfur atom 该家族分子结构的保守性 起始密码子之后的信号肽 与N端相连的糖基化部位和一个蛋白水解的裂解部位 由二对不平衡的 链形成的三维结构 以及6个半胱氨酸残基形成的3个二硫键 19 神经组织 中枢和周围神经系统的神经元和神经胶质细胞都可以合成NGF 如海马 大脑皮质 小脑 下丘脑 运动神经元 周围神经的脊神经节 自主神经节等 靶源性逆向分泌顺行性分泌旁分泌自分泌 20 二 NGF的分布 NGF的分布 周围组织 颌下腺 雄性小鼠 前列腺 豚鼠 成纤维细胞 平滑肌细胞以及骨骼肌细胞 肿瘤组织 间充质 成神经细胞瘤 神经纤维瘤 肌肉瘤 脂肪肉瘤 黑色素瘤等 其它来源 蛇毒 Crotalidae Viperidae Elapidae金鱼的脑培养的细胞 C6胶质瘤细胞 成纤维细胞瘤细胞 骨骼肌细胞 肉瘤37和180等 21 一 受体的类型Trk R包括TrkA TrkB和TrkC NGF TrkA p75NTRTrk是原癌基因产物 该基因既编码原肌球蛋白 又编码酪氨酸激酶受体 因此称为原肌球蛋白受体激酶 tropomyosinreceptorkinase Trk 22 三 NGF的受体 二 TrkA的分子结构TrkA P140trkA 受体是分子量140kD的跨膜糖蛋白 解离常数Kd 10 11mmol L 是NGF的高亲和力受体 TrkA受体与NGF结合既可以激活内在的酪氨酸激酶活性 又可以作为底物自身磷酸化 23 24 AlternativesplicinggeneratesmanyTrkreceptorisoforms RouxandBarker 2002 ProgNeurobiol67 203 233 25 Trksignalingpathways Ras激活的下游信号1 PI3K Akt cellsurvival2 MAPK neuriteoutgrowthandneuraldifferentiation3 PLC IP3 DAG activity dependentplasticity 27 BrodeurGMetal ClinCancerRes2009 15 3244 3250 27 Trksignalingpathways MEK MAPKpathway 图4 4 28 29 ActivatedTrkcansignallocallyandretrogradelyusingdifferentsignallingpathways MillerandKaplan 2001 Neuron32 767 770 Slow 2 20mm hr 30 胞外区 4个重复的富含半胱氨酸的结构域 与配体结合有关 胞内区 无固定的配体诱导的酶激活域 含有6个螺旋结构的死亡结构域 deathdomain DD 三 NGF低亲和力受体 p75 Kd 10 9M allneurotrophinscanbindp75NTR 31 P75recruitscytoplasmicinteractorstosignal P75蛋白可以与神经生长因子家族的任一成员结合 增强TrkA与NGF结合 单独发挥作用 参与神经系统发育过程 p75 小鼠 感觉神经元和交感神经元缺损在胚胎发育的不同时期作用也不同 胚胎第12 15天 P75蛋白与TrkA共同维持神经细胞的生存和生长 胚胎第19天 产后第2天 P75蛋白可以介导细胞凋亡 32 1 NGF对胚胎发育期神经元的作用促进胚胎期神经元的分化 维持已分化神经元的功能 维持胚胎期神经元的存活 分化 加快分化速度 促进神经纤维生长 促进分化的定性标志 选择性诱导神经递质合成酶活性增强 酪氨酸羟化酶 多巴胺 羟化酶 乙酰胆碱转移酶 存活 交感神经免疫切除胚胎早期 促进有丝分裂胚胎晚期 限制神经元最终数目 33 四 NGF的多种营养性生物学效应 34 2 NGF促进生后发育神经元的生长促进神经元蛋白质的合成 引导神经纤维的生长方向 趋化作用调节突触形成和突触重排 对突触部位神经活动的聚合和分散进行调节 神经活动的时间安排 先到先得NGF神经活动的空间安排 靶神经元树突多 突触聚合 35 36 Campenot RB 1977 Localcontrolofneuritedevelopmentbynervegrowthfactor ProcNatlAcadSciUSA 74 10 4516 9 NGF引导神经纤维的生长方向 趋化作用 3 NGF维持成熟神经元的存活外源性NGF 10ng ml 能够有效促进交感神经元 脊神经节细胞的长时间存活 保持细胞内适当的钙离子浓度是NGF促进存活的重要机制 NGF与凋亡相关基因c myc共同调节细胞凋亡双信号模式 细胞增殖 生长因子 c myc 细胞凋亡 生长因子 c myc 诱导神经元轴突出芽生长 37 4 NGF促进神经损伤的修复和再生运动神经元胚胎和生后发育早期 表达NGF受体成年期 不表达NGF受体神经纤维损伤 向胚胎期逆转 启动NGF受体mRNA表达增加5 NGF对神经变性性疾病的作用Alzheimer sdisease 38 6 NGF对肿瘤的潜在性治疗作用正常嗜铬细胞 促有丝分裂 生长繁殖PC12嗜铬细胞瘤细胞 拮抗有丝分裂 并促进其分化为正常的神经细胞7 NGF在炎性疾病中的作用NGF在关节炎 哮喘 气道炎症 周围组织炎症的水平明显升高 增加气道高反应性8 NGF在糖尿病周围神经病变中的治疗作用主要机制 靶源性NGF的逆行运输受阻周围神经靶组织内NGFmRNA表达下降 病人血清中NGF下调针对周围神经病变 给予重组人NGF 39 40 TheRoleofNerveGrowthFactor NGF inAsthma Duringanallergicasthmaattack increasedamountsofNGFareproducedbybronchiolarsmoothmusclecells endothelialcells andinfiltratingimmunecells TheinteractionofNGFwithNGFReceptors NGFR p75NTR TrkA onsensoryneuronsamplifiesneuronalsensitivity whiletheinteractionofNGFwithitsreceptorsonhematopoieticcellspromotescellularactivationandinfiltrationofthebronchiole 41 ReleaseofNGFproducessensitizationoftheperipheralterminalsofsensoryneurons 1 对胆碱能神经元的作用促使培养的胆碱能神经元的存活和表型分化 ChAT BDNF 胆碱能神经元的早期发育NGF 胆碱能神经元的晚期发育2 对多巴胺能神经元的作用促使培养的多巴胺能神经元的存活和分化NGF没有类似的作用BDNF 多巴胺神经元的早期发育 与P75结合 增加酪氨酸羟化酶基因表达 二 脑源性神经营养因子 brainderivedneurotrophicfactor BDNF 的生物学作用 42 3 对运动神经元的作用促进运动神经元的发育 防止发育中的运动神经元凋亡 维持成年运动神经元的存活 促进受损伤的运动神经元的存活和轴突再生 4 对感觉神经元的作用维持外周感觉神经元的存活所必需 脊神经节 前庭神经节 结状神经节感觉神经元可以表达BDNF和TrkB 通过自分泌和旁分泌环路维持感觉神经元的存活5 对神经元变性性疾病有治疗作用 AD 胆碱能神经元退行性变PD DA能神经元退行性变 43 二 NT 3的作用1 维持神经元的存活 促进其分化与增殖对多种神经元均有营养作用促进在体少突胶质细胞前体细胞的增殖分化对神经元的保护作用的机制 维持细胞内钙离子稳态 抑制细胞凋亡 促进细胞功能恢复 2 诱导神经元轴突生长促进背根节感觉神经元 迷走神经结状神经节 交感神经节的轴突生长促进发育和损伤的轴突出芽3 促进神经损伤修复 44 三 NT 4 5的作用1 维持神经元的分化和存活胆碱能神经元 去甲肾上腺素能神经元 GABA能神经元 多巴胺神经元增强神经元对钙介导损伤的抵抗力2 对外周神经损伤有修复作用对受损伤的脊髓前角运动神经元有保护作用3 对味觉发育的作用维持菌状乳头的发育和生长4 对视觉中枢发育中的作用影响眼优势柱和外侧膝状体分层结构的发育 45 1940年 Trowell和Hoffman在脑和垂体组织提取液中发现一种可以促进成纤维细胞增殖的物质 1974年 该物质被Gospodarwicz从牛脑垂体中分离纯化 并命名为成纤维细胞生长因子 FGF 酸性纤维细胞生长因子 aFGF 碱性纤维细胞生长因子 bFGF 目前 FGF家族有23个成员 46 第二节成纤维细胞生长因子 一 分子结构 FGF 1 acidicFGF 140AAFGF 2 basicFGF 146AAFGF 3 interleukin 2 243AAFGF 4 kaposi FGF或Hst 1 206AAFGF 5 267AAFGF 6194AAFGF 7 Keratinocytegrowthfactor FGF 8 androgeninduciblegrowthfactor FGF 9 glialactivatingfactor Untilnow FGF 23 47 二 分布 一 centralneuronsystem bFGF胚胎期 端脑 神经细胞核周质 大突起间脑 中脑和脊髓 神经纤维星形胶质细胞和血管内皮细胞成年期 室管膜细胞 脉络丛上皮细胞 血管内皮细胞 海马CA2区机械性 化学性脑损伤或脑缺血 bFGFmRNA和蛋白表达上调 二 othersystems皮肤 肝 泌尿生殖 胃肠道 循环 内分泌和淋巴各种类型细胞存在于细胞和细胞外基质 尤其是血管的基底膜 48 三 受体 分类